JPH10132601A - 信号電圧−電流変換回路 - Google Patents
信号電圧−電流変換回路Info
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- JPH10132601A JPH10132601A JP8286617A JP28661796A JPH10132601A JP H10132601 A JPH10132601 A JP H10132601A JP 8286617 A JP8286617 A JP 8286617A JP 28661796 A JP28661796 A JP 28661796A JP H10132601 A JPH10132601 A JP H10132601A
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- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 制御対象の状況を検出する検出素子と、該検
出素子からの信号を演算処理して制御対象を制御する制
御演算装置とからなる制御システムにおいて、制御演算
処理装置から供給される作動電源圧の範囲内で可及的に
電圧振幅の大きな電圧−電流変換出力を得られる変換器
を提供する。 【解決手段】 検出素子の検出電圧Vinが入力される演
算増幅器2と、該演算増幅器の出力V0によって制御さ
れる電流制御手段3とからなり、検出電圧値を電流値に
変換して出力する吸い込み型の信号電圧−電流変換器を
用いた電圧−電流変換回路において、電源Vccと前記電
流制御手段3との間にカレントミラー回路4を設け、該
カレントミラー回路の出力に一端が接地された低抵抗か
らなる負荷抵抗RLを接続して吐き出し型電圧−電流変
換回路とした。
出素子からの信号を演算処理して制御対象を制御する制
御演算装置とからなる制御システムにおいて、制御演算
処理装置から供給される作動電源圧の範囲内で可及的に
電圧振幅の大きな電圧−電流変換出力を得られる変換器
を提供する。 【解決手段】 検出素子の検出電圧Vinが入力される演
算増幅器2と、該演算増幅器の出力V0によって制御さ
れる電流制御手段3とからなり、検出電圧値を電流値に
変換して出力する吸い込み型の信号電圧−電流変換器を
用いた電圧−電流変換回路において、電源Vccと前記電
流制御手段3との間にカレントミラー回路4を設け、該
カレントミラー回路の出力に一端が接地された低抵抗か
らなる負荷抵抗RLを接続して吐き出し型電圧−電流変
換回路とした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御対象の各種情
報を検出する検出素子の出力信号を検出素子から離れた
位置に設置されたマイコンなどの制御演算装置に入力し
て制御対象を制御するコンピュータシステムに関し、さ
らに詳細には、検出素子の出力をアナログ信号でアナロ
グ−ディジタル変換手段(ADC)ポートに取り込んで
制御対象を最適運転状態に維持するコンピュータシステ
ムにおいて、受信信号のS/N比(信号対雑音比)を向
上させ過酷なノイズ環境においても検出素子からの信号
を正確に受信できるようにした信号電圧−電流変換器に
関する。
報を検出する検出素子の出力信号を検出素子から離れた
位置に設置されたマイコンなどの制御演算装置に入力し
て制御対象を制御するコンピュータシステムに関し、さ
らに詳細には、検出素子の出力をアナログ信号でアナロ
グ−ディジタル変換手段(ADC)ポートに取り込んで
制御対象を最適運転状態に維持するコンピュータシステ
ムにおいて、受信信号のS/N比(信号対雑音比)を向
上させ過酷なノイズ環境においても検出素子からの信号
を正確に受信できるようにした信号電圧−電流変換器に
関する。
【0002】
【従来の技術】マイコンチップを中心に、制御対象の各
種情報を外部に設置した検出素子からアナログ信号でA
DCポートに取り込んで制御対象を最適運転状態に維持
するコンピュータシステムが普及している。例えば、自
動車の空気調和機の制御を例にとると、冷凍サイクルに
おける冷媒の圧力や温度を検出する検出素子は、エンジ
ンルーム内に設置され、これらの検出素子からの信号を
受け演算処理して制御対象を制御する制御演算素子は、
車室内の運転席の下などに設置されており、検出素子と
制御演算素装置との間を信号線を用いて接続している。
このようなシステムでは、検出素子や信号線は、エンジ
ンルーム等のような過酷なノイズ環境の下に設置されて
いることから、検出素子からの信号をノイズの影響を受
けずに車室内に設置されたマイコンからなる制御演算装
置側で正確に受信するには、受信信号のS/N比を向上
させることが必要となる。
種情報を外部に設置した検出素子からアナログ信号でA
DCポートに取り込んで制御対象を最適運転状態に維持
するコンピュータシステムが普及している。例えば、自
動車の空気調和機の制御を例にとると、冷凍サイクルに
おける冷媒の圧力や温度を検出する検出素子は、エンジ
ンルーム内に設置され、これらの検出素子からの信号を
受け演算処理して制御対象を制御する制御演算素子は、
車室内の運転席の下などに設置されており、検出素子と
制御演算素装置との間を信号線を用いて接続している。
このようなシステムでは、検出素子や信号線は、エンジ
ンルーム等のような過酷なノイズ環境の下に設置されて
いることから、検出素子からの信号をノイズの影響を受
けずに車室内に設置されたマイコンからなる制御演算装
置側で正確に受信するには、受信信号のS/N比を向上
させることが必要となる。
【0003】従来のシステムは、マイコンの作動電源で
作動する汎用演算増幅器を用いて増幅した検出素子の出
力電圧を制御演算装置側のADCの高インピーダンス入
力端子に入力する電圧出力型の検出手段が用いられてい
る。このような高インピーダンスの検出手段は、演算制
御装置側のADCの入力インピーダンスが高いことか
ら、理論的には支障は生じない。しかしながら、このよ
うなシステムに用いる演算増幅器は、電源電圧の10〜
90%以下程度の出力特性を有するように設定されるも
のであることから、電源電圧を十分利用しておらず信号
増幅の度合いが少ない上に、高インピーダンス出力を信
号線を介してエンジンルームから車室内まで延長するこ
とによって外来電界ノイズの影響を受けて受信信号のS
/Nは極めて悪化するという問題が生じ、この問題を解
消するために信号線に多大なシールド対策を施すことが
必要であった。しかし、これらの対応策によっても、ノ
イズの影響を完全に取り除くことは極めて困難であっ
た。
作動する汎用演算増幅器を用いて増幅した検出素子の出
力電圧を制御演算装置側のADCの高インピーダンス入
力端子に入力する電圧出力型の検出手段が用いられてい
る。このような高インピーダンスの検出手段は、演算制
御装置側のADCの入力インピーダンスが高いことか
ら、理論的には支障は生じない。しかしながら、このよ
うなシステムに用いる演算増幅器は、電源電圧の10〜
90%以下程度の出力特性を有するように設定されるも
のであることから、電源電圧を十分利用しておらず信号
増幅の度合いが少ない上に、高インピーダンス出力を信
号線を介してエンジンルームから車室内まで延長するこ
とによって外来電界ノイズの影響を受けて受信信号のS
/Nは極めて悪化するという問題が生じ、この問題を解
消するために信号線に多大なシールド対策を施すことが
必要であった。しかし、これらの対応策によっても、ノ
イズの影響を完全に取り除くことは極めて困難であっ
た。
【0004】このような問題を解決するために、制御演
算装置側のマイコンのADCの受信端子に並列に低抵抗
を接続した低インピーダンス負荷に検出素子から信号電
流を流す電流出力型検出装置とすることによって、AD
Cの入力能力全域に信号出力電圧領域を拡大するととも
に、受信信号のS/Nを改善する提案がなされている。
この提案は、従来の電圧出力型検出素子を使用した場合
のノイズの影響の難点を払拭するものであるが、電流出
力型検出素子を作動させるための高電圧電源を外部また
は内部に設けることが必要となるとともに、実用に際し
ては、検出素子の出力電圧の過電圧に対する保護をも考
慮することが必要となり、構成が複雑になる傾向があ
る。上述のように、検出素子が検出した温度や圧力等を
電圧に変換して制御演算処理装置のADCに入力する方
法は、簡易ではあるが、電界の外来ノイズの影響を受け
易い。一方、検出素子の出力インピーダンスを下げてこ
の外来ノイズの影響を改善する方法も提案されている
が、出力電圧の振幅を大きく取ると、信号線のインピー
ダンスによる電圧降下等の影響も加わり誤差が増加する
等の不都合も生じる。
算装置側のマイコンのADCの受信端子に並列に低抵抗
を接続した低インピーダンス負荷に検出素子から信号電
流を流す電流出力型検出装置とすることによって、AD
Cの入力能力全域に信号出力電圧領域を拡大するととも
に、受信信号のS/Nを改善する提案がなされている。
この提案は、従来の電圧出力型検出素子を使用した場合
のノイズの影響の難点を払拭するものであるが、電流出
力型検出素子を作動させるための高電圧電源を外部また
は内部に設けることが必要となるとともに、実用に際し
ては、検出素子の出力電圧の過電圧に対する保護をも考
慮することが必要となり、構成が複雑になる傾向があ
る。上述のように、検出素子が検出した温度や圧力等を
電圧に変換して制御演算処理装置のADCに入力する方
法は、簡易ではあるが、電界の外来ノイズの影響を受け
易い。一方、検出素子の出力インピーダンスを下げてこ
の外来ノイズの影響を改善する方法も提案されている
が、出力電圧の振幅を大きく取ると、信号線のインピー
ダンスによる電圧降下等の影響も加わり誤差が増加する
等の不都合も生じる。
【0005】上記に述べた吸い込み型電圧−電流変換回
路の基本構成を図6に示す。吸い込み型電圧−電流変換
回路1は、検出素子の出力電圧Vinが非反転入力端子に
接続され、基準抵抗Rsの端子電圧Vs(I0・Rs)が
反転入力端子に接続された演算増幅器2と、演算増幅器
2の出力端子に接続された例えばFETからなる電流制
御手段3と、基準抵抗Rsと電流制御手段3に直列に接
続された負荷抵抗RLと、演算増幅器2および負荷抵抗
RLに接続された電源電圧Vccとから構成されている。
負荷抵抗RLが図示を省略した制御演算処理装置の入力
側のADCの入力抵抗として用いられる。通常、制御演
算処理装置の入力側のADCは低電位側を零基準電位と
していることから、負荷抵抗RLが電源Vcc側に接続さ
れたこのような構成の電圧−電流変換回路1では、電源
電圧Vccが基準点となってしまい、使用に不便である。
このような不便を解消するために、零電位側に接続され
た負荷抵抗RLに出力電流I0を流出させるようにした吐
き出し型の電圧−電流変換方式の方が実用に適する場合
が多い。このような吐き出し型の方式として種々の回路
構成が提案されているが、いずれも複雑なものになり易
い。
路の基本構成を図6に示す。吸い込み型電圧−電流変換
回路1は、検出素子の出力電圧Vinが非反転入力端子に
接続され、基準抵抗Rsの端子電圧Vs(I0・Rs)が
反転入力端子に接続された演算増幅器2と、演算増幅器
2の出力端子に接続された例えばFETからなる電流制
御手段3と、基準抵抗Rsと電流制御手段3に直列に接
続された負荷抵抗RLと、演算増幅器2および負荷抵抗
RLに接続された電源電圧Vccとから構成されている。
負荷抵抗RLが図示を省略した制御演算処理装置の入力
側のADCの入力抵抗として用いられる。通常、制御演
算処理装置の入力側のADCは低電位側を零基準電位と
していることから、負荷抵抗RLが電源Vcc側に接続さ
れたこのような構成の電圧−電流変換回路1では、電源
電圧Vccが基準点となってしまい、使用に不便である。
このような不便を解消するために、零電位側に接続され
た負荷抵抗RLに出力電流I0を流出させるようにした吐
き出し型の電圧−電流変換方式の方が実用に適する場合
が多い。このような吐き出し型の方式として種々の回路
構成が提案されているが、いずれも複雑なものになり易
い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、制御対象の
状況を検出する検出素子と、該検出素子からの信号を演
算処理して制御対象を制御する制御演算装置とからなる
制御システムにおいて、制御演算処理装置から供給され
る作動電源圧の範囲内で可及的に電圧振幅の大きな電圧
−電流変換出力を得られる変換器を提供することを目的
とする。さらに、本発明は、使用に便利な簡単な構成の
吐き出し型の電圧−電流変換回路を提供することを目的
とする。
状況を検出する検出素子と、該検出素子からの信号を演
算処理して制御対象を制御する制御演算装置とからなる
制御システムにおいて、制御演算処理装置から供給され
る作動電源圧の範囲内で可及的に電圧振幅の大きな電圧
−電流変換出力を得られる変換器を提供することを目的
とする。さらに、本発明は、使用に便利な簡単な構成の
吐き出し型の電圧−電流変換回路を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、制御対象の状
態を検出する検出素子の電圧出力を電流出力に変換して
信号線に送出し、制御演算処理装置の受信端部を比較的
低抵抗の負荷として電圧に変換する、いわゆるカレント
ループ式の信号の受け渡しを用いて、外来ノイズの影響
減少させるものである。本発明は、吸い込み型電圧−電
流変換回路に、カレントミラー回路を接続することによ
って、簡単な構成で吐き出し型電圧−電流変換回路を達
成した。
態を検出する検出素子の電圧出力を電流出力に変換して
信号線に送出し、制御演算処理装置の受信端部を比較的
低抵抗の負荷として電圧に変換する、いわゆるカレント
ループ式の信号の受け渡しを用いて、外来ノイズの影響
減少させるものである。本発明は、吸い込み型電圧−電
流変換回路に、カレントミラー回路を接続することによ
って、簡単な構成で吐き出し型電圧−電流変換回路を達
成した。
【0008】さらに、本発明は、検出素子の検出電圧が
入力される演算増幅器と、該演算増幅器の出力によって
制御される電流制御手段とからなり、検出電圧値を電流
値に変換して出力する吸い込み型の信号電圧−電流変換
器を用いた電圧−電流変換回路において、電源と前記電
流制御手段との間にカレントミラー回路を設け、該カレ
ントミラー回路の出力に一端が接地された低抵抗からな
る負荷抵抗を接続して吐き出し型電圧−電流変換回路と
した。
入力される演算増幅器と、該演算増幅器の出力によって
制御される電流制御手段とからなり、検出電圧値を電流
値に変換して出力する吸い込み型の信号電圧−電流変換
器を用いた電圧−電流変換回路において、電源と前記電
流制御手段との間にカレントミラー回路を設け、該カレ
ントミラー回路の出力に一端が接地された低抵抗からな
る負荷抵抗を接続して吐き出し型電圧−電流変換回路と
した。
【0009】本発明は、前記電圧−電流変換回路におい
て、カレントミラー回路を1個の入力トランジスタと並
列接続されたn個の出力トランジスタから構成し、n倍
の電流出力能力を有する様にした。さらに、本発明は、
前記電圧−電流変換回路において、カレントミラー回路
を2個のMOS型FETで構成し、それぞれのMOS型
FETのチャネル長およびチャネル幅を調節することに
よって任意の倍数の電流出力能力を有するようにした。
また、少なくとも演算増幅器およびカレントミラー回路
の半導体部分をワンチップ化した。
て、カレントミラー回路を1個の入力トランジスタと並
列接続されたn個の出力トランジスタから構成し、n倍
の電流出力能力を有する様にした。さらに、本発明は、
前記電圧−電流変換回路において、カレントミラー回路
を2個のMOS型FETで構成し、それぞれのMOS型
FETのチャネル長およびチャネル幅を調節することに
よって任意の倍数の電流出力能力を有するようにした。
また、少なくとも演算増幅器およびカレントミラー回路
の半導体部分をワンチップ化した。
【0010】本発明は、検出素子の検出電圧が入力され
る第1の演算増幅器と、該第1の演算増幅器の出力に接
続された出力抵抗および負荷抵抗の直列接続体と、この
出力抵抗と負荷抵抗の接続点の電圧が入力される第2の
演算増幅器とからなる電圧−電流変換回路において、第
1の演算増幅器の出力を第1の演算増幅器の一方の入力
へ接続し、第2の演算増幅器の出力を第1の演算増幅器
の他方の入力へ接続して作動電源電圧利用率を向上させ
た。
る第1の演算増幅器と、該第1の演算増幅器の出力に接
続された出力抵抗および負荷抵抗の直列接続体と、この
出力抵抗と負荷抵抗の接続点の電圧が入力される第2の
演算増幅器とからなる電圧−電流変換回路において、第
1の演算増幅器の出力を第1の演算増幅器の一方の入力
へ接続し、第2の演算増幅器の出力を第1の演算増幅器
の他方の入力へ接続して作動電源電圧利用率を向上させ
た。
【0011】また、本発明は、上記電圧−電流変換回路
をトランジューサICチップに組み付けてトランジュー
サとした。
をトランジューサICチップに組み付けてトランジュー
サとした。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態を図1
に、第2の実施の形態を図2に示す。第1の実施の形態
に於いては、図1に示すように、図6に示した吸い込み
型電圧−電流変換回路1にカレントミラー回路4を接続
することによって、最も簡易に吐き出し型電圧−電流変
換回路を構成する。第2の実施の形態は、図2に示すよ
うに、負荷抵抗RLの端子電圧を第2の演算増幅器5を
介して帰還することによって、吐き出し型電圧−電流変
換回路を構成する。
に、第2の実施の形態を図2に示す。第1の実施の形態
に於いては、図1に示すように、図6に示した吸い込み
型電圧−電流変換回路1にカレントミラー回路4を接続
することによって、最も簡易に吐き出し型電圧−電流変
換回路を構成する。第2の実施の形態は、図2に示すよ
うに、負荷抵抗RLの端子電圧を第2の演算増幅器5を
介して帰還することによって、吐き出し型電圧−電流変
換回路を構成する。
【0013】図1に示すように、第1の実施の形態で
は、図6に示した吸い込み型電圧−電流変換回路1にお
いて、電源電圧Vccと、第1の演算増幅器2の出力によ
って制御される電流制御手段3との間にカレントミラー
回路4を挿入するとともに、このカレントミラー回路4
と接地側の間に前記電流制御手段3に並列に負荷抵抗R
Lを接続して構成される。基本的なカレントミラー回路
4は、同一の特性の一対のトランジスタ41,42を並
列に接続して構成され、トランジスタ41に基準電流I
0が流れるとトランジスタ42に基準電流I0に等しい負
荷電流ILが流れる。したがって、この電圧−電流変換
回路では、電流制御手段3によって制御された出力電流
I0に等しい負荷電流ILが、接地側に接続された負荷抵
抗RLに流れる。
は、図6に示した吸い込み型電圧−電流変換回路1にお
いて、電源電圧Vccと、第1の演算増幅器2の出力によ
って制御される電流制御手段3との間にカレントミラー
回路4を挿入するとともに、このカレントミラー回路4
と接地側の間に前記電流制御手段3に並列に負荷抵抗R
Lを接続して構成される。基本的なカレントミラー回路
4は、同一の特性の一対のトランジスタ41,42を並
列に接続して構成され、トランジスタ41に基準電流I
0が流れるとトランジスタ42に基準電流I0に等しい負
荷電流ILが流れる。したがって、この電圧−電流変換
回路では、電流制御手段3によって制御された出力電流
I0に等しい負荷電流ILが、接地側に接続された負荷抵
抗RLに流れる。
【0014】本発明にかかる第2の実施の態様になる吐
き出し型電圧−電流変換回路を図2を用いて説明する。
この吐き出し型電圧−電流変換回路は、第1の演算増幅
器2と、負荷抵抗RLの端子電圧VLを第1の演算増幅
器2に帰還する第2の演算増幅器5とを用いて構成され
る。この回路は、演算増幅器や抵抗等の線型受動素子で
構成されるので良好な精度を得ることができる特長があ
る。この実施の態様にかかる電圧−電流変換回路は、検
出素子の出力電圧Vinの接地側電位が基準抵抗Rsを介
して第1の演算増幅器2の反転入力端子に、正側電位が
抵抗R1を介して非反転入力端子Vsに入力されて構成さ
れる。第1の演算増幅器2の反転入力端子は、帰還抵抗
Rfを介して第1の演算増幅器2の出力V0に接続され
る。さらに、第1の演算増幅器2の出力V0は、出力抵
抗Raおよび負荷抵抗RLを介して接地されている。第2
の演算増幅器5の非反転入力端子には、出力抵抗Raお
よび負荷抵抗RLの接続点、すなわち負荷抵抗RLの端子
電圧VLが入力され、第2の演算増幅器5の出力は反転
入力端子に帰還されるとともに、抵抗R2を介して第1
の演算増幅器2の非反転入力端子Vsに接続されてい
る。
き出し型電圧−電流変換回路を図2を用いて説明する。
この吐き出し型電圧−電流変換回路は、第1の演算増幅
器2と、負荷抵抗RLの端子電圧VLを第1の演算増幅
器2に帰還する第2の演算増幅器5とを用いて構成され
る。この回路は、演算増幅器や抵抗等の線型受動素子で
構成されるので良好な精度を得ることができる特長があ
る。この実施の態様にかかる電圧−電流変換回路は、検
出素子の出力電圧Vinの接地側電位が基準抵抗Rsを介
して第1の演算増幅器2の反転入力端子に、正側電位が
抵抗R1を介して非反転入力端子Vsに入力されて構成さ
れる。第1の演算増幅器2の反転入力端子は、帰還抵抗
Rfを介して第1の演算増幅器2の出力V0に接続され
る。さらに、第1の演算増幅器2の出力V0は、出力抵
抗Raおよび負荷抵抗RLを介して接地されている。第2
の演算増幅器5の非反転入力端子には、出力抵抗Raお
よび負荷抵抗RLの接続点、すなわち負荷抵抗RLの端子
電圧VLが入力され、第2の演算増幅器5の出力は反転
入力端子に帰還されるとともに、抵抗R2を介して第1
の演算増幅器2の非反転入力端子Vsに接続されてい
る。
【0015】以下、上記回路の動作を説明する。検出素
子の出力電圧をVin、該出力電圧Vinの非接地側電位を
V1、接地側電位をV2とし、第1の演算増幅器2の非反
転入力電位をVs、第1の演算増幅器2の反転入力電位
をVf、第1の演算増幅器2の出力電圧をV0とし、第2
の演算増幅器5の非反転入力電圧をVL、第2の演算増
幅器5の反転入力電圧すなわち第2の演算増幅器5の出
力電圧をVrとし、出力抵抗Raに流れる出力電流すなわ
ち負荷抵抗RLに流れる電流を負荷電流Iaとすると、V
2側では、K=R1/(R1+R2)と定義すると、Kは1
より小さく、第1の演算増幅器2の非反転入力電圧Vs
は下記(1)式で現わせる。 Vs=(V0−IaRa−V2)K+V2…(1) V1側では、M=Rs/(Rf+Rs)と定義すると、第1
の演算増幅器2の反転入力電圧Vfは下記(2)式で現
わせる。 Vf=(V0−V1)M+V1…(2)
子の出力電圧をVin、該出力電圧Vinの非接地側電位を
V1、接地側電位をV2とし、第1の演算増幅器2の非反
転入力電位をVs、第1の演算増幅器2の反転入力電位
をVf、第1の演算増幅器2の出力電圧をV0とし、第2
の演算増幅器5の非反転入力電圧をVL、第2の演算増
幅器5の反転入力電圧すなわち第2の演算増幅器5の出
力電圧をVrとし、出力抵抗Raに流れる出力電流すなわ
ち負荷抵抗RLに流れる電流を負荷電流Iaとすると、V
2側では、K=R1/(R1+R2)と定義すると、Kは1
より小さく、第1の演算増幅器2の非反転入力電圧Vs
は下記(1)式で現わせる。 Vs=(V0−IaRa−V2)K+V2…(1) V1側では、M=Rs/(Rf+Rs)と定義すると、第1
の演算増幅器2の反転入力電圧Vfは下記(2)式で現
わせる。 Vf=(V0−V1)M+V1…(2)
【0016】ここで、Vs=Vf、すなわち、(1)式が
(2)式に等しいとすると、V2+(V0−IaRa−
V2)K=(V0−V1)M+V1となり、KIaRaは、K
IaRa=V0(K−M)+V2(1−K)−V1(1−
M)と現わされる。したがって、負荷電流IaがV1、V
2だけで表現される条件は、K−M=0のとき、すなわ
ち、M=Kのときである。それ故、出力抵抗Raに流れ
る電流すなわち負荷抵抗RLに流れる負荷電流Iaは、下
記(3)式で現わされ、 Ia={V2(1−K)−V1(1−M)}/KRa ={(1/K)−1}(V2−V1)/Ra…(3) 例えば、K=1/2のとき負荷電流Iaは(V2−V1)
/Raとなり、K=1/5のとき負荷電流Iaは4(V2
−V1)/Raとなる。このように、抵抗R1と抵抗R2を
適宜選択することによって、検出素子の出力電圧Vinに
所定の割合で比例した任意の電流Iaを得ることができ
る。
(2)式に等しいとすると、V2+(V0−IaRa−
V2)K=(V0−V1)M+V1となり、KIaRaは、K
IaRa=V0(K−M)+V2(1−K)−V1(1−
M)と現わされる。したがって、負荷電流IaがV1、V
2だけで表現される条件は、K−M=0のとき、すなわ
ち、M=Kのときである。それ故、出力抵抗Raに流れ
る電流すなわち負荷抵抗RLに流れる負荷電流Iaは、下
記(3)式で現わされ、 Ia={V2(1−K)−V1(1−M)}/KRa ={(1/K)−1}(V2−V1)/Ra…(3) 例えば、K=1/2のとき負荷電流Iaは(V2−V1)
/Raとなり、K=1/5のとき負荷電流Iaは4(V2
−V1)/Raとなる。このように、抵抗R1と抵抗R2を
適宜選択することによって、検出素子の出力電圧Vinに
所定の割合で比例した任意の電流Iaを得ることができ
る。
【0017】以下、具体的な使用方法を説明する。図2
において、(3)式におけるV1を0V(接地電位)と
すれば、 Ia={(1/K)−1}V2/Ra…(4) となって、負荷電流Iaは入力電圧V2に比例する。よっ
て、例えばK=1/2(すなわちR1=R2)、M=1/
2(すなわちRs=Rf)のとき出力抵抗Raを250Ω
に設定すれば、検出素子の出力電圧Vin1V当たりの負
荷電流Iaは4mAとなり、第1の演算増幅器2の吐き
出し能力に充分余裕あるとすると、0.5〜4.5Vの
入力で、負荷抵抗RLに2〜18mAの出力電流すなわ
ち負荷電流を得ることができる。
において、(3)式におけるV1を0V(接地電位)と
すれば、 Ia={(1/K)−1}V2/Ra…(4) となって、負荷電流Iaは入力電圧V2に比例する。よっ
て、例えばK=1/2(すなわちR1=R2)、M=1/
2(すなわちRs=Rf)のとき出力抵抗Raを250Ω
に設定すれば、検出素子の出力電圧Vin1V当たりの負
荷電流Iaは4mAとなり、第1の演算増幅器2の吐き
出し能力に充分余裕あるとすると、0.5〜4.5Vの
入力で、負荷抵抗RLに2〜18mAの出力電流すなわ
ち負荷電流を得ることができる。
【0018】
【実施例】図3に第1の実施態様における他の実施例を
示す。本実施例は、カレントミラー回路4の1個の基準
トランジスタ41に対して同特性のn個のトランジスタ
41−1〜41−nを並列して組み合わせたもので、出
力電流I0のn倍の負荷電流ILを得るようにしている。
すなわち、本実施例では、吸い込み型電圧−電流変換回
路1の出力電流I0は、図1に示した負荷電流ILの1/
n倍であればよく、省エネルギとなり好ましい。さら
に、全体を1チップで構成することによって精度を良く
することができる。
示す。本実施例は、カレントミラー回路4の1個の基準
トランジスタ41に対して同特性のn個のトランジスタ
41−1〜41−nを並列して組み合わせたもので、出
力電流I0のn倍の負荷電流ILを得るようにしている。
すなわち、本実施例では、吸い込み型電圧−電流変換回
路1の出力電流I0は、図1に示した負荷電流ILの1/
n倍であればよく、省エネルギとなり好ましい。さら
に、全体を1チップで構成することによって精度を良く
することができる。
【0019】次いで、図1に示した第1の実施態様のカ
レントミラー回路4をMOS型TFTを用いて構成した
第2の実施例を図4に示す。本実施例では、図1に示し
たカレントミラー回路4を、ゲートG、ソースS、ドレ
インD、ボディBの4端子を有するMOS型TFT41
F,42Fを一対用いて構成した点に特徴を有してい
る。MOS型TFTの電流特性は、チャネル長Lとチャ
ネル幅Wを適宜選択することによって、大幅に調整する
ことが可能となるので、基準電流I0を流す基準TFT
41Fに対する出力電流ILを流す出力TFT42Fの
パターン寸法を適当に選択すれば、出力電流と負荷電流
は所定の電流比(I0/IL)とすることができる。
レントミラー回路4をMOS型TFTを用いて構成した
第2の実施例を図4に示す。本実施例では、図1に示し
たカレントミラー回路4を、ゲートG、ソースS、ドレ
インD、ボディBの4端子を有するMOS型TFT41
F,42Fを一対用いて構成した点に特徴を有してい
る。MOS型TFTの電流特性は、チャネル長Lとチャ
ネル幅Wを適宜選択することによって、大幅に調整する
ことが可能となるので、基準電流I0を流す基準TFT
41Fに対する出力電流ILを流す出力TFT42Fの
パターン寸法を適当に選択すれば、出力電流と負荷電流
は所定の電流比(I0/IL)とすることができる。
【0020】図2に示した第2の実施態様おける欠点
は、負荷電流Iaとして比較的小さい電流を得る場合、
例えば前述の条件(4mA/V)では、出力抵抗Raが
250Ωで18mAの電流出力を行うと出力抵抗Raで
の電圧降下Vaは4.5Vにも及び、負荷抵抗RLに分担
させる電圧VL(=Ia・RL)分を見込むと、第1の演
算増幅器2への供給電圧は、これ等の電圧の和(Va+
VL)を出力できることが必要で、負荷抵抗RL側にも2
50Ωを負荷して4.5Vの出力を得るものとすれば、
第1の演算増幅器2が電源電圧まで出力できる理想的な
ものであったにしても9Vの電源電圧が必要である。
は、負荷電流Iaとして比較的小さい電流を得る場合、
例えば前述の条件(4mA/V)では、出力抵抗Raが
250Ωで18mAの電流出力を行うと出力抵抗Raで
の電圧降下Vaは4.5Vにも及び、負荷抵抗RLに分担
させる電圧VL(=Ia・RL)分を見込むと、第1の演
算増幅器2への供給電圧は、これ等の電圧の和(Va+
VL)を出力できることが必要で、負荷抵抗RL側にも2
50Ωを負荷して4.5Vの出力を得るものとすれば、
第1の演算増幅器2が電源電圧まで出力できる理想的な
ものであったにしても9Vの電源電圧が必要である。
【0021】近年マイクロコンピュータによる制御機器
に於いては、装備するIC類の電源電圧を5Vに統一
し、周辺に接続する機器も同一電源を用いて使用できる
ことが好まれる。より高い電圧や負電圧を必要とする機
器用には別途電圧変換器を装備することもあるが、スペ
ースやコストの面で好まれない。
に於いては、装備するIC類の電源電圧を5Vに統一
し、周辺に接続する機器も同一電源を用いて使用できる
ことが好まれる。より高い電圧や負電圧を必要とする機
器用には別途電圧変換器を装備することもあるが、スペ
ースやコストの面で好まれない。
【0022】したがって、低い電源電圧でも作動できる
電圧−電流変換方法を達成できる実施例を図5を用いて
説明する。この実施例は、第2の実施態様を示す図2の
回路に比較して、出力抵抗Raの値を1/nとするとと
もに、第3の演算増幅器6を設けた点に特徴を有してい
る。第1の演算増幅器2の出力V0は、帰還抵抗Rfおよ
び出力抵抗Raに接続されるとともに、第3の演算増幅
器6の非反転入力端子に接続される。第3の演算増幅器
6の出力は、該演算増幅器6の反転入力端子に接続され
るとともに、第2の基準抵抗Rs2を介して第2の演算増
幅器5の反転入力端子に接続される。第2の演算増幅器
5の出力は、抵抗R2を介して第1の演算増幅器2の非
反転入力端子に接続されるとともに、第2の帰還抵抗R
f2を介して第2の演算増幅器2の反転入力端子に接続さ
れている。さらに、この回路では、第2の演算増幅器5
のゲインを第2の帰還抵抗Rf2および第2の基準抵抗R
s2の比(Rf2/Rs2)を適宜設定することによってn−
1倍とし、電流検出時における電力損失を1/mとし
た。この実施例によれば、電力損失を軽減することがで
きるとともに、前述の低電圧出力で使用できるという優
れた効果を奏する。例えば、n=100のとき、出力抵
抗Raは2.5Ωでよく、出力電流(負荷電流)Iaが1
8mAのときの電圧降下は45mVにすぎず、負荷抵抗
RLを250Ωとして4.5Vの出力を得る場合には、
第1の演算増幅器2の出力電圧は4.545Vであれば
よく、第1の演算増幅器2に5Vの電源電圧を印加する
とき、20mAの出力時にほぼ95%の出力電圧を維持
できる演算増幅器を実現することができる。
電圧−電流変換方法を達成できる実施例を図5を用いて
説明する。この実施例は、第2の実施態様を示す図2の
回路に比較して、出力抵抗Raの値を1/nとするとと
もに、第3の演算増幅器6を設けた点に特徴を有してい
る。第1の演算増幅器2の出力V0は、帰還抵抗Rfおよ
び出力抵抗Raに接続されるとともに、第3の演算増幅
器6の非反転入力端子に接続される。第3の演算増幅器
6の出力は、該演算増幅器6の反転入力端子に接続され
るとともに、第2の基準抵抗Rs2を介して第2の演算増
幅器5の反転入力端子に接続される。第2の演算増幅器
5の出力は、抵抗R2を介して第1の演算増幅器2の非
反転入力端子に接続されるとともに、第2の帰還抵抗R
f2を介して第2の演算増幅器2の反転入力端子に接続さ
れている。さらに、この回路では、第2の演算増幅器5
のゲインを第2の帰還抵抗Rf2および第2の基準抵抗R
s2の比(Rf2/Rs2)を適宜設定することによってn−
1倍とし、電流検出時における電力損失を1/mとし
た。この実施例によれば、電力損失を軽減することがで
きるとともに、前述の低電圧出力で使用できるという優
れた効果を奏する。例えば、n=100のとき、出力抵
抗Raは2.5Ωでよく、出力電流(負荷電流)Iaが1
8mAのときの電圧降下は45mVにすぎず、負荷抵抗
RLを250Ωとして4.5Vの出力を得る場合には、
第1の演算増幅器2の出力電圧は4.545Vであれば
よく、第1の演算増幅器2に5Vの電源電圧を印加する
とき、20mAの出力時にほぼ95%の出力電圧を維持
できる演算増幅器を実現することができる。
【0023】上記の本発明にかかる電圧−電流変換回路
を、トランジューサICチップに組み付けることによっ
て、小型のトランジューサを得ることができる。さら
に、上記電圧−電流変換回路を構成する半導体素子を1
チップのICとして構成することによって、小型で量産
性の高い電圧−電流変換回路とすることができる。
を、トランジューサICチップに組み付けることによっ
て、小型のトランジューサを得ることができる。さら
に、上記電圧−電流変換回路を構成する半導体素子を1
チップのICとして構成することによって、小型で量産
性の高い電圧−電流変換回路とすることができる。
【0024】
【発明の効果】上記構成を具備することによって、本発
明は、制御対象の状況を検出する検出素子と、該検出素
子からの信号を演算処理して制御対象を制御する制御演
算装置とからなる制御システムにおいて、制御演算処理
装置から供給される作動電源圧の範囲内で可及的に電圧
増幅の大きな電圧−電流変換出力を得られる電圧−電流
変換変換回路を提供することができる。さらに、本発明
は、上記構成を具備することによって、使用に便利な簡
単な構成で、低い電源電圧で駆動することができるの吐
き出し型の電圧−電流変換回路を提供することができ
る。
明は、制御対象の状況を検出する検出素子と、該検出素
子からの信号を演算処理して制御対象を制御する制御演
算装置とからなる制御システムにおいて、制御演算処理
装置から供給される作動電源圧の範囲内で可及的に電圧
増幅の大きな電圧−電流変換出力を得られる電圧−電流
変換変換回路を提供することができる。さらに、本発明
は、上記構成を具備することによって、使用に便利な簡
単な構成で、低い電源電圧で駆動することができるの吐
き出し型の電圧−電流変換回路を提供することができ
る。
【図1】本発明にかかる第1の実施態様の電圧−電流変
換回路の回路構成を示すブロック図。
換回路の回路構成を示すブロック図。
【図2】本発明にかかる第2の実施態様の電圧−電流変
換回路の回路構成を示すブロック図。
換回路の回路構成を示すブロック図。
【図3】本発明にかかる第1の実施態様の電圧−電流変
換回路の第2の実施例の回路構成を示すブロック図。
換回路の第2の実施例の回路構成を示すブロック図。
【図4】本発明にかかる第1の実施態様の電圧−電流変
換回路の第3の実施例の回路構成を示すブロック図。
換回路の第3の実施例の回路構成を示すブロック図。
【図5】本発明にかかる第2の実施態様の電圧−電流変
換回路の第2の実施例の回路構成を示すブロック図。
換回路の第2の実施例の回路構成を示すブロック図。
【図6】従来の電圧−電流変換回路の回路構成を示すブ
ロック図。
ロック図。
1 電圧−電流変換回路 2 第1の演算増幅器 3 電流制御手段 4 カレントミラー回路 5 第2の演算増幅器 6 第3の演算増幅器 Ra 出力抵抗 RL 負荷抵抗 Rs 基準抵抗 Rf 帰還抵抗
Claims (6)
- 【請求項1】 検出素子の検出電圧が入力される演算増
幅器と、該演算増幅器の出力によって制御される電流制
御手段とからなり、検出電圧値を電流値に変換して出力
する吸い込み型の信号電圧−電流変換器を用いた電圧−
電流変換回路において、電源と前記電流制御手段との間
にカレントミラー回路を設け、該カレントミラー回路の
出力に一端が接地された低抵抗からなる負荷抵抗を接続
して吐き出し型電圧−電流変換回路としたことを特徴と
する電圧−電流変換回路。 - 【請求項2】 前記請求項1記載の電圧−電流変換回路
において、カレントミラー回路を1個の入力トランジス
タと並列接続されたn個の出力トランジスタから構成
し、n倍の電流出力能力を有する様にした電圧−電流変
換回路。 - 【請求項3】 前記請求項1記載の電圧−電流変換回路
において、カレントミラー回路を2個のMOS型FET
で構成し、それぞれのMOS型FETのチャネル長およ
びチャネル幅を調節することによって任意の倍数の電流
出力能力を有するようにした電圧−電流変換回路。 - 【請求項4】 少なくとも演算増幅器およびカレントミ
ラー回路の半導体部分をワンチップ化した請求項1ない
し請求項3のいずれかに記載された電圧−電流変換回
路。 - 【請求項5】 検出素子の検出電圧が入力される第1の
演算増幅器と、該第1の演算増幅器の出力に接続された
出力抵抗および負荷抵抗の直列接続体と、この出力抵抗
と負荷抵抗の接続点の電圧が入力される第2の演算増幅
器とからなる電圧−電流変換回路において、第1の演算
増幅器の出力を第1の演算増幅器の一方の入力へ接続
し、第2の演算増幅器の出力を第1の演算増幅器の他方
の入力へ接続して作動電源電圧利用率を向上したことを
特徴とする電圧−電流変換回路。 - 【請求項6】 トランジューサICチップに、請求項1
または請求項5の電圧−電流変換回路を組み付けて成る
トランジューサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8286617A JPH10132601A (ja) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | 信号電圧−電流変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8286617A JPH10132601A (ja) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | 信号電圧−電流変換回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10132601A true JPH10132601A (ja) | 1998-05-22 |
Family
ID=17706734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8286617A Pending JPH10132601A (ja) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | 信号電圧−電流変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10132601A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1101287A4 (en) * | 1998-07-30 | 2001-09-12 | Credence Systems Corp | LOW LOAD INJECTION MOSFET ROCKER |
| DE10033540A1 (de) * | 2000-07-11 | 2002-02-14 | Siemens Ag | Einrichtung zum Erzeugen eines Referenzstromes |
| JP2003043075A (ja) * | 2001-08-02 | 2003-02-13 | Fuji Electric Co Ltd | 電流検出回路 |
| JP2003248459A (ja) * | 2002-01-09 | 2003-09-05 | Lg Electronics Inc | 電流書き込み型amoelディスプレイパネル用データ駆動回路 |
| EP1440852A1 (en) * | 2003-01-21 | 2004-07-28 | Delphi Technologies, Inc. | Temperature compensated air bag |
| JP2009239471A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Panasonic Corp | Mos集積回路、及びそれを備えた電子機器 |
| CN103018531A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-04-03 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种电流检测电路、温度补偿装置及显示装置 |
| CN103178701A (zh) * | 2011-12-23 | 2013-06-26 | 国民技术股份有限公司 | 一种限流装置及限流方法 |
| US12374993B2 (en) | 2022-07-04 | 2025-07-29 | Stmicroelectronics S.R.L. | DC-DC converter circuit, corresponding method of operation and method of trimming a DC-DC converter circuit |
-
1996
- 1996-10-29 JP JP8286617A patent/JPH10132601A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1101287A4 (en) * | 1998-07-30 | 2001-09-12 | Credence Systems Corp | LOW LOAD INJECTION MOSFET ROCKER |
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| CN103178701A (zh) * | 2011-12-23 | 2013-06-26 | 国民技术股份有限公司 | 一种限流装置及限流方法 |
| CN103178701B (zh) * | 2011-12-23 | 2017-02-08 | 国民技术股份有限公司 | 一种限流装置及限流方法 |
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| CN103018531B (zh) * | 2012-12-11 | 2015-04-08 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种电流检测电路、温度补偿装置及显示装置 |
| US9134352B2 (en) | 2012-12-11 | 2015-09-15 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Current detecting circuit, temperature compensating device and display device |
| US12374993B2 (en) | 2022-07-04 | 2025-07-29 | Stmicroelectronics S.R.L. | DC-DC converter circuit, corresponding method of operation and method of trimming a DC-DC converter circuit |
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